苏州大学张晓宏团队，一天两篇Nature在线发表！
2025-11-13
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柔性叠层太阳能电池因其优异的功率-质量比和可弯曲特性，在航空航天、可穿戴设备、建筑光伏一体化（BIPV）及可移动能源等领域具有重要应用潜力。然而，该技术的产业化仍面临两个主要挑战：一是在反复弯折和工况环境下界面稳定性较差，容易发生分层失效；二是柔性器件的转换效率与传统刚性器件相比仍有明显差距。
针对上述问题，苏州大学张晓宏教授团队与产业界等合作单位通过采取两种不同的创新策略，分别围绕“稳定性”和“转换效率”取得了突破。两项研究成果同日于《Nature》期刊在线发表，标志着柔性叠层光伏技术向实际应用迈出了重要一步。
工作一：双缓冲层实现高稳定性全硅片尺寸柔性叠层电池
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-025-09835-w
柔性叠层器件在机械应力和热应力作用下容易出现界面分层，这是限制其实际应用的关键问题。研究团队从界面应力调控出发，设计了一种具有“一紧一松”结构的双层氧化锡（SnOx）缓冲层。其中，下层为疏松的SnOx层，能够有效吸收和释放来自后续工艺中的离子轰击以及器件弯曲过程中产生的应力；上层为致密的SnOx层，主要负责电子的高效提取和稳定传输，从而保障器件的光电性能。
这种“刚柔并济”的分层设计在应力缓冲和电荷传输之间取得了良好平衡。基于该策略制备的超薄柔性钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池（厚度为60微米）在保持高效率（效率达33.4%（1 cm²））的同时，表现出优异的机械与环境稳定性，该电池在43,000次弯曲测试和-40℃至85℃的热循环测试后，仍能保持97%以上的初始效率，。
工作二：新型复合层和透明电极性能调控实现柔性叠层电池效率突破
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-025-09849-4
柔性叠层电池的效率长期以来低于30%，其中透明导电氧化物（TCO）复合层和电极在沉积过程中的溅射损伤以及其光电性能不足是限制效率提升的重要因素。研究团队首次开发了反应离子沉积（RPD）铈-氢共掺杂氧化铟（ICO:H）复合层，具有超高的载流子迁移率和较低的沉积损伤，与传统掺锡氧化铟（ITO）复合层相比，ICO:H具有更优的载流子复合性能、更强的SAM吸附能力、更多的锚定位点和更好的钙钛矿晶体生长诱导能力。进一步在掺锌氧化铟（IZO）前端透明电极沉积过程中首次引入原位低温退火工艺，不仅显著提升了IZO导电性、透光性和机械强度，而且提高了IZO的结晶度，有效抑制了卤素离子的迁移，增强了柔性叠层器件的稳定性。
通过上述TCO复合层和电极性能调控，研究团队制备的柔性钙钛矿/晶硅叠层电池实现了33.6%的认证效率，开路电压达到创纪录的2.015 V，刷新了当前柔性叠层电池的效率纪录，进一步缩小了柔性叠层器件与刚性器件在效率方面的差距。
总结与展望
两项研究分别从器件稳定性和效率提升的角度推进了柔性叠层电池的发展。前者通过双缓冲层结构增强了器件在应力下的可靠性，后者借助复合层和电极性能调控实现了效率的显著提高。这些成果为柔性光伏技术在航空航天、可穿戴设备、光伏建筑一体化等场景中的应用提供了可行的技术路径，推动了柔性叠层电池从实验室研究向产业化方向发展。
张晓宏教授简介
张晓宏，苏州大学教授、博士生导师。国家杰出青年基金获得者，教育部国家级重点人才，国家“万人计划”科技创新领军人才，国家基金委创新研究群体项目负责人。主要从事光电功能材料领域的研究，已在Nature、Nat. Energy、Nat. Photon.、Nat. Mater.、Nat. Electron.等期刊（SCI）发表研究论文570余篇，他引2.6万余次；获美国和中国发明专利 50 余项，部分创新成果实现产业应用。获国家自然科学奖二等奖1项，何梁何利基金科学与技术进步奖1项，省部级科学技术一等奖4项等多项荣誉。
